一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的平面线圈驱动式微阀

摘要

本发明公开了一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的平面线圈驱动式微阀，包括下阀体（1）、依次压叠在下阀体（1）上的基片（3）、上阀体（4）和平面螺旋线圈（6），下阀体的底部沿径向方向分别设有进液流道（2）和出液流道（11），下阀体的上部设有液体腔（13），进液流道（2）设有垂直向上的与液体腔连通的流道口，出液流道（11）与所述液体腔连通；基片（3）上表面镀有具有逆磁致伸缩效应薄膜（7），下表面镀有具有正磁致伸缩效应薄膜（9）；平面螺旋线圈（6）通电后，磁致伸缩薄膜驱动器在激励磁场的作用下发生形变向上弯曲，使得工作流体通道打开，实现液压系统回路的通断。本发明具有体积小、易于微型化、响应速度快、可控性强等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及精密仪器中微型流体阀技术领域，具体地说是一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的平面线圈驱动式微阀。

背景技术

微阀是对微流量系统中流体起控制作用的器件，其作用是实现流体通道的开关和流量的控制，是微流控系统中最重要的部件之一，现已被广泛地应用在对流体微量输送和流量精确控制等场合。如微型生化检测、微量药给、微量燃料供应、生物芯片等诸多领域。目前，研究和应用较广的有源微阀多采用压电式驱动、静电式驱动、热驱动和电磁驱动，压电驱动式和静电驱动式都是依赖高电压工作，不易于常规电路控制，且压电驱动式还存在漂移和电击穿等现象，不利于精确控制；热驱动式让费能源，且受应用的限制；电磁驱动式需要设置特定的磁场发生单元，体积较大，不适于集成入微流体芯片系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有微阀存在的缺陷，利用超磁致伸缩材料的特性，提出一种新型的平面线圈驱动式微阀，以期提高微阀的工作特性和简化其结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的平面线圈驱动式微阀，其结构特点在于，包括下阀体、依次压叠在下阀体上的基片、上阀体和平面螺旋线圈，

所述下阀体的底部沿径向方向分别设有进液流道和出液流道，下阀体的上部设有液体腔，所述进液流道在位于下阀体中心处设有垂直向上的与液体腔连通的流道口，所述流道口凸伸于所述液体腔的底面；所述出液流道与所述液体腔连通；

所述基片上表面镀有具有逆磁致伸缩效应薄膜，下表面镀有具有正磁致伸缩效应薄膜，所述基片与下阀体液体腔构成封闭空间并与所述流道口形成启闭，与上阀体形成空气腔；

所述平面螺旋线圈紧贴在上阀体的上表面，为超磁致伸缩薄膜提供驱动磁场，平面螺旋线圈上涂有绝缘保护层。

本发明结构特点还在于：

所述微阀为圆柱体，所述逆磁致伸缩效应薄膜和正磁致伸缩效应薄膜在基片上呈圆环形分布。

所述正磁致伸缩效应薄膜由TbDyFe合金制成，所述逆磁致伸缩效应薄膜由SmFe合金制成。

所述基片由具有高张力材质的硅薄片制成。

所述平面螺旋线圈采用光刻和腐蚀工艺制作。

本发明与已有技术相比，具有的有益的效果是：

1、本发明相比与现有的有源微阀，采用超磁致伸缩材料驱动，具有响应速度快、频响高等特点；且由平面线圈提供的磁场驱动，体积小、结构简单，因此可以显著提高微阀的工作性能。

2、本发明采用平面螺旋线圈驱动，简化了微阀的结构，减小了微阀的体积，便于实现与微流体芯片系统集成。

3、本发明基于微阀材料的应用，除磁干扰严重场合，可适用于其它诸多场合。

附图说明

图1为本发明微阀非驱动时结构示意图（闭阀时）。

图2为本发明微阀驱动时结构示意图（开阀时）。

图3为本发明微阀立体结构分解示意图。

图中标号：1、下阀体，2、进液流道，3、基片，4、上阀体，5、绝缘保护层，6、平面螺旋线圈，7、逆磁致伸缩效应薄膜，8、流道口，9、正磁致伸缩效应薄膜，10、空气腔，11、出液流道，12、线圈电极对，13、液体腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图所示，微阀包括下阀体1、依次压叠在下阀体1上的基片3、上阀体4和平面螺旋线圈6。

下阀体的底部沿径向方向分别设有进液流道2和出液流道11，下阀体的上部设有液体腔13，进液流道2在位于下阀体中心处设有垂直向上的与液体腔连通的流道口8，流道口8凸伸于液体腔的底面；出液流道11与所述液体腔连通；

基片3上表面镀有具有逆磁致伸缩效应薄膜7，下表面镀有具有正磁致伸缩效应薄膜9，基片3与下阀体液体腔13构成封闭空间，在基片3的张力作用下与流道口形成启闭，与上阀体4形成空气腔10；

平面螺旋线圈6紧贴在上阀体4的上表面为超磁致伸缩薄膜提供驱动磁场，平面螺旋线圈6上涂有绝缘保护层5，并露出线圈电极对12。保护平面螺旋线圈不裸露在空气中而出现被氧化、锈蚀等失效形式。

具体实施时，微阀为圆柱体，逆磁致伸缩效应薄膜7和正磁致伸缩效应薄膜9在基片上呈圆环形分布。正磁致伸缩效应薄膜9由TbDyFe合金（市售）制成，逆磁致伸缩效应薄膜7由SmFe合金（市售）制成，基片3由具有高张力的材质硅薄片制成。镀膜可采用闪蒸、离子束溅射、电离镀膜等微加工技术实现，基片3和磁致伸缩薄膜构成超磁致伸缩薄膜驱动器阀芯。当平面螺旋线圈6提供驱动磁场时，正磁致伸缩效应薄膜在磁场的作用下伸长，逆磁致伸缩效应薄膜在磁场的作用下缩短，从而带动硅基片弯曲，作为微阀阀芯移动的动力来源。平面螺旋线圈可采用光刻和腐蚀工艺制作，其粘接于上阀体4的上表面。磁致伸缩效应薄膜与平面螺旋线圈6之间设有一定间距，可减小平面线圈产生的磁场在磁致伸缩效应薄膜轴向上的磁场影响。

工作原理为：如图2所示，在平面螺旋线圈6通入一定大小的电流，线圈在电流的作用下产生一定的磁场。超磁致伸缩材料在外加磁场的作用下发生变形，其具有逆磁致伸缩效应薄膜7在外加磁场作用下缩短，具有正磁致伸缩效应薄膜9在外加磁场作用下伸长，从而带动基片3弯曲，使得基片与流道口8之间产生一定的间隙，超磁致伸缩薄膜驱动器阀芯打开。流体介质从进液流道2的A处流入，此时阀芯处于开启状态，流体介质从进液流道2流入液体腔13，液体腔13与出液流道11连通，流体介质在系统压力作用下经出液流道11从B处流出，实现微阀阀芯开启工作状态。

当平面螺旋线圈6断电时，磁场消失，磁致伸缩效应薄膜回到初始状态，逆磁致伸缩效应薄膜伸长，正磁致伸缩效应薄膜缩短，基片在自身张力和磁致伸缩效应薄膜回复力的作用下重新与流道口贴合，阀芯关闭，流体介质停止流通，实现阀芯闭合停止工作状态。微阀阀芯开口的大小还可由通入线圈电流的大小控制，从而控制流量的大小。基于超磁致伸缩薄膜驱动器的平面线圈驱动式微阀适用于控制微流量系统的通断和流量大小的控制。